Расчет шпунтовых ограждений котлованов

Общие указания

Расчет шпунтовых ограждений котлованов заключается в определении необходимой глубины забивки шпунта ниже дна котлована, а также в подборе сечений шпунта и элементов распорного крепления (распорки, обвязки). Расчеты на устойчивость и прочность шпунтового ограждения выполняют на стадии полного удаления грунта и воды из котлована, в процессе разработки котлована и установки распорных креплений, а также на стадии обратной засыпки грунта и снятия креплений.

В данном пособии рассмотрены случаи расчета шпунтового ограждения котлованов, расположенных на местности покрытой водой, при горизонтально расположенной поверхности грунта и отсутствии на призме обрушения дополнительной нагрузки в виде материалов, оборудования и транспортных средств.

В шпунтовых ограждениях, заглубленных в пески или супеси, кроме приведенных ниже расчетов, необходимо проверить глубину забивки шпунта ниже дна котлована или отметки размыва по условию исключения наплыва грунта в котлован при откачке из него воды без устройства тампонажной подушки.

· Независимо от результата расчета глубину забивки шпунта ниже дна котлована или отметки размыва следует принимать в случаях текучих и текучепластичных глин, суглинков и супесей, водонасыщенных илов, пылеватых и мелких песков не менее 2 м, а в остальных случаях – менее 1 м. В ограждениях с тампонажной подушкой глубина забивки должна быть не менее 1 м в любых грунтах кроме скальных.

Минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована по условию исключения опасности наплыва грунта при откачке воды следует определять в соответствии с указаниями подразд. 6.5.

Минимальную глубину забивки шпунта (считая от дна котлована или отметки размыва) по условию обеспечения устойчивости стенок против опрокидывания, определяют на основе равенства (3.1).

· Расчетные давления воды и грунта (активного и пассивного) получают умножением нормативных давлений на коэффициенты надежности по нагрузке (перегрузки п), принимаемые по табл. 4.13. При этом для активного давления грунта принимают коэффициент перегрузки п_а = 1,2,а для пассивного – п_п = 0,8.

Не учитываемое влияние фильтрационного потока при откачке воды из котлованов, разрабатываемых в песчаных грунтах, отражено в подразд. 6.2.

При устройстве ограждения в водопроницаемых грунтах с подводной водозащитной подушкой в расчете шпунтовой стенки в стадии ее работы до бетонирования подушки учитывают гидростатическое давление, соответствующее откачке воды из котлована на глубину, необходимую для постановки яруса креплений, но не менее 1,5 м.

· Шпунтовое ограждение в водонепроницаемых грунтах (суглинок или глины), расположенных ниже горизонта воды, следует рассчитывать на горизонтальные нагрузки, соответствующие двум схемам (рис. 6.1):

в первой схеме принимают, что ниже поверхности водонепроницаемого грунта горизонтальное давление на шпунтовую стенку обусловлено только гидростатическим давлением воды, проникающей между стенкой и грунтом на глубину ;

	а		б		в

 

Рис. 6.1. Схемы определения глубины проникания воды между шпунтовой стенкой и водонепроницаемым грунтом: а – при ограждениях, не имеющих распорных креплений; б – при ограждениях с одним ярусом креплений; в – при ограждениях с несколькими ярусами креплений

 

во второй схеме не предусматривают возможность проникновения воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом и принимают, что этот грунт оказывает горизонтальное давление на стенку, будучи пригруженным сверху гидростатическим давлением, а при наличии над водонепроницаемым грунтом водопроницаемого и весом последнего; вес слоя водопроницаемого грунта, расположенного ниже горизонта воды, определяют с учетом взвешивания в воде.

В обеих схемах выше поверхности водонепроницаемого грунта учитывают горизонтальную нагрузку на стенку от гидростатического давления и, в необходимых случаях от давления водопроницаемого грунта (рис. 6.1).

Глубину проникновения воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом (считая от его поверхности) принимают:

а) для ограждений, не имеющих распорных креплений (рис. 6.1, а)

 

= 0,7 h ¢,(6.1)

где h ¢ – глубина погружения шпунта в водонепроницаемый грунт;

б) для ограждений с одним ярусом креплений (рис. 6.1, б)

 

= h ¢ – , (6.2)

 

где t – глубина погружения шпунта ниже котлована;

в) для ограждения с несколькими ярусами креплений (рис. 6.1, в) – на 0,5 м ниже уровня грунта в котловане при установке верхнего яруса креплений, расположенного в пределах водонепроницаемого грунта.

Гидростатическое давление воды в случаях, указанных на рис. 6.1

 

е_в = (h_в + ), (6.3)

 

где – объемный вес воды.

· Конструкции креплений должны рассчитываться на совместное действие горизонтальной нагрузки, передаваемой шпунтовыми стенками, и вертикальной нагрузки от веса обустройства и конструкций.

При расчетах шпунтовых ограждений на прочность значения расчетных сопротивлений шпунта и элементов крепления должны приниматься согласно подразд. 3.3 и 3.4 с делением их на коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,1 – для шпунтовых ограждений на местности, покрытой водой;

1,0 – во всех остальных случаях.

Момент сопротивления W_x поперечного сечения погонного метра стенки (прил. 4) из шпунта типа Ларсен следует принимать со следующими коэффициентами, учитывающими возможность относительных смещений шпунтин в замках:

0,7 – в случае слабых грунтов и отсутствии обвязок, прикрепленных к шпунту;

0,8 – в случаях тех же грунтов и наличии обвязок, прикрепленных к шпунту;

1,0 – в остальных случаях.

При расчете прочности шпунтовых стенок (но не креплений) должны вводиться коэффициенты условий работы, равные:

1,15 – для стенок кольцевых в плане ограждений;

1,10 – для стенок длиной менее 5 м, замкнутых в плане ограждений прямоугольной формы с промежуточными ярусами распорных креплений.

 

6.2. Расчет устойчивости грунта дна котлована
в шпунтовом ограждении

Расчет устойчивости грунта дна котлована заключается в проверке на выпучивание грунта и фильтрационный выпор.

Проверка на выпучивание производится по формулам:

 

Р_В = kcN_C + g AN_q + M g BN_ỵ + h; (6.4)

 

Р = g h₂ + h₁ – ;(6.5)

 

K_B = ,(6.6)

 

где Р_В – предельное сопротивление грунта дна котлована силам выпучивания, тс/м²; k и М – коэффициенты, принимаемые по табл. 6.1;
с – расчетное сцепление в грунте, тс/м²; g = 2 т / м ³ – объемная масса грунта; = 1 т/м³ – то же воды; N_C, N_q, N_ỵ – опытные коэффициенты (табл. 6.2) несущей способности грунта, находящегося в пределах шпунтового ограждения, зависящие от расчетного угла внутреннего трения грунта j; k_B – коэффициент устойчивости на выпучивание, принимаемый не менее 1,4; Р – давление столба грунтовой массы высотой h₂ и слоя воды h₁ на основание ав, тс/м² (рис. 6.2).

 

Таблица 6.1

Коэффициенты k и М

Форма котлована в плане	k	М
Прямоугольная Квадратная Круглая	0,7 0,8 0,9	0,5 0,5 0,6

 

 

Таблица 6.2

Опытные коэффициенты несущей способности грунта

j	NC	Nq,	Nỵ
	5,0 6,2 7,6 9,3 11,5 14,0 18,0 23,0	1,5 1,8 2,1 3,0 4,0 5,5 8,0 12,5	0,5 1,0 2,5 5,0 8,0

 

 

Рис. 6.2. Расчетная схема к определению давления грунта и воды на плоскость ав: А – расстояние от дна котлована до нижних концов шпунтового ограждения; В – меньшая сторона прямоугольного, сторона квадратного или радиус круглого котлована, м; h – слой воды над грунтом, м

 

Фильтрационный выпор грунта дна котлована происходит только при откачке из него воды в песчаных грунтах, супесях и песчаных илах. Выпор начинается около шпунтового ограждения.

Расчетные значения величин j и с определяют по материалам инженерно-геологических изысканий. В условиях гидродинамического воздействия (для случаев откачки воды из котлована) значение j следует уменьшать в два раза.

Проверку на фильтрационный выпор производят по формуле

 

K_ф» , (6.7)

 

где K_ф – коэффициент устойчивости на фильтрационный выпор, принимаемый не менее 1,4; А_ф – суммарная высота столба речной и грунтовой воды внутри котлована, считая от низа шпунта, м; Н – разность высот столбов речной и грунтовой воды снаружи и внутри котлована, считая от низа шпунта, м.

 

6.3. Расчет шпунтовых ограждений без распорных креплений
(без водозащитной подушки)

Шпунтовая стенка в несвязных грунтах (пески, супеси) без подводной тампонажной подушки работает под действием горизонтальных сил как консольная балка, имеющая в грунте податливую заделку.

Шпунтовые стенки в связных грунтах (глины, суглинки) рассчитывают с учетом сцепления грунта. Если вода находится выше водоупора, стенку рассчитывают по двум расчетным схемам:

а) с учетом смещения стенки в сторону котлована, проникновения воды между стенкой и грунтом и образования гидростатического напора на глубину смещения стенки;

б) без учета смещения стенки, рассматривая воду и водопроницаемый грунт выше связного грунта как вертикальную нагрузку.

В обоих случаях минимальную глубину забивки шпунта ниже дна котлована принимают как

t = t₀ + D t. (6.8)

 

Глубину t₀ определяют на основании равенства (3.1), считая ось поворота стенки расположенной на этой глубине и пренебрегая моментом пассивного давления грунта, действующего на стенку со стороны, противоположной котловану (обратный отпор), относительно указанной оси (точки «0» на рис. 6.3). В соответствии с этим в равенстве (3.1) принимают М_оп равным моменту активного давления грунта и гидростатического давления, действующих выше глубины t₀, относительно оси поворота стенок, а М_уд – моменту пассивного давления, действующего со стороны котлована (прямого отпора) выше глубины t₀, относительно той же оси;

т = 0,95 – коэффициент условий работы,

K_н = 1,0 – коэффициент надежности.

В общем случае для решения равенства (3.1) используют способ после­довательных попыток – задаются глубиной t₀, которую затем уточняют.

На рис. 6.3 показана расчетная схема определения глубины t₀. Эпюры давления (рис. 6.3, а), относятся к случаю расчета стенки, погружаемой в песок или супесь.

Эпюры давления (рис. 6.3, б), относятся к случаю расчета стенки, пог­ружаемой в водонепроницаемые грунты – глину или суглинок (см. подразд. 6.1) по первой (только гидростатическое давление воды) и второй (только давление грунта) схемам. При наличии над глинистым грунтом слоя воды h_B активное давление необходимо увеличивать на величину h_B l _а.

а б схема 1 схема 2

 

Рис. 6.3. Схемы для расчетов шпунтовых ограждений, не имеющих распорных креплений, и эпюры давлений: а – при расчете стенки, погружаемой в песок и супесь; б – при расчете стенки, погружаемой в суглинок и глину (первая и вторая схемы)

 

Поскольку глубина t₀ не является полной глубиной погружения шпунта ниже дна котлована (формула (6.8)), то при учете проникновения воды между стенкой и суглинком или глиной рекомендуется принимать глубину = 0,8 (h_ГР + t₀)(рис. 6.3, б).

Дополнительную глубину D t определяют по формуле

 

D t = , (6.9)

где – равнодействующая пассивногодавления грунта с внешней стороны котлована (обратного отпора); – интенсивность пассивного давления на глубине t₀.

Равнодействующую обратного отпора грунта определяют по формуле

 

= Е_П – (Е_а + Е_в),(6.10)

 

где Е_П, Е_а и Е_в – равнодействующие соответственно прямого отпора грунта, активного давления грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше глубины t₀.

Интенсивность пассивного давления грунта (обратного отпора), действующего на стенку с внешней стороны котлована (эпюра на рис. 6.3 не изображена), определяют, принимая глубину Н = h_ГР + t₀. Равнодействующая приложена в точке «О» и не создает изгибающего момента в шпунтовой стенке.

Интенсивность пассивного давления е_п глины или суглинка на шпунтовую стенку (рис. 6.3, б) получают суммированием соответствующих ординат двух эпюр: эпюры, построенной как для несвязного грунта (по значению угла φ внутреннего трения глины или суглинка), и эпюры с ординатами, равными 2с . Для поверхностного слоя, где возможно нарушение структуры глины или суглинка, расчетное сцепление с принимают уменьшающимся по линейному закону от полного значения на глубине 1,0 м до нуля у поверхности грунта.

Во второй схеме горизонтальных нагрузок, при которой не предусматривают возможности проникновения воды между стенкой и водонепроницаемым грунтом, интенсивность активного давления суглинка или глины е_а (рис. 6.3, б) определяют с учетом сцепления грунта, путем уменьшения ординаты эпюры (построенной как для несвязного грунта по удельному весу gи углу φ внутреннего трения суглинка или глины) на величину 2с .

· Изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяют как для консольного стержня с заделкой на глубину t₀ (от дна котлована). За нагрузку принимают гидростатическое давление, активное и пассивное (прямой отпор) давление, действующие на стенку выше этой глубины (рис. 6.3).

· Действующие на шпунтовую стенку силы в водопроницаемых грунтах – в песках или супесях (рис. 6.3, а):

а) опрокидывающие:

1. Гидростатическое давление воды е_в = (h_в + h_гр);

равнодействующие давления воды = 0,5 е_в (h_в + h_гр)и = е_в t₀.

2. Активное давление грунта во взвешенном состоянии

 

е_а = п_а g _взв (h_ГР + t₀) l _а,

где l _а = tq ²(45° – 0,5j) – коэффициент горизонтального (активного) давления грунта; g _взв – объемный вес грунта во взвешенном в воде состоянии, допускается принимать равным 1 тс/м³ (10 кН/м³) (для более точных расчетов g _взв = (g ₀ – g _в) , гдеg ₀ – удельный вес частиц грунта, принимаемый в среднем 27 кН/м³, е – коэффициент пористости грунта); j – угол внутреннего трения грунта (согласно прил. 8); п_а = 1,2 – коэффициент перегрузки (надежности по нагрузке g _f).

Равнодействующая активного давления грунта

 

Е_а = 0,5 е_а (h_ГР + t₀);

б) удерживающие:

отпор грунта (пассивное давление)

 

е_п = п_п g _взв t₀ l _п,

 

где l _п = tq ² (45° + 0,5 j) – коэффициент горизонтального (пассивного) давления грунта; п_п – коэффициент перегрузки, принимаемый равным 0,8.

Равнодействующая пассивного давления

 

Е_п = 0,5 е_п t₀ .

При определении глубины забивки шпунта t₀ в соответствии с равенством (3.1) получим:

k_н [ ( + t₀) + + Е_а ] = m Е_п ,

где k_н = 1,0и m = 0,95 – коэффициенты надежности и условий работы.

Для решения указанного уравнения методом последовательных попыток задаются глубиной t₀, а затем ее уточняют.

Дополнительную глубину Δ t определяют по формуле (6.9) и общую глубину забивки шпунта уточняют согласно подразд. 6.2.

Для подбора сечения шпунта величину наибольшего изгибающего момента следует определить в сечении, расположенном на расстоянии от заделки (выше точки «О»), но может быть принята равной моменту М_оп.

· Действующие на шпунтовую стенку силы в водонепроницаемых грунтах – глинах или суглинках (рис. 6.3, б– первая схема):

а) опрокидывающие:

гидростатическое давление воды е_в = g _в (h_в + ), действующее на глубине ( + h_в), где = 0,8 (h_ГР + t₀);

равнодействующая давления воды Е_в = 0,5 е_в ( + h_в);

б) удерживающие:

отпор грунта (пассивное давление)

 

е_п = п_п (g t₀ l _п + 2с ),

где l _п = tq² (45° + 0,5 φ); п_п = 0,8 – коэффициентперегрузки (надежности по нагрузке g _f)g – объемный вес грунта, принимаемый поприл. 8.

Равнодействующая пассивного давления (в курсовых проектах для упрощения расчетов допускается рассматривать эпюру треугольной)

 

Е_п = 0,5 е_п t₀ .

Для определения глубины забивки шпунта t₀, используя равенство моментов (3.1) относительно точки «О» (рис. 6.3), получим:

 

k_н Е_в [(h_ГР + t₀ + h_в) – ( + h_в)] = m Е_п ,

 

где k_н = 1,0и m = 0,95 – коэффициенты надежности и условий работы.

Методом последовательных попыток определяют глубину t₀.

Дополнительную глубину Δ t определяют по формуле (6.9).

· Действующие на шпунтовую стенку силы в водонепроницаемых грунтах – глинах или суглинках (рис. 6.3, б – вторая схема):

а) опрокидывающие:

1. Активное давление грунта е_а = п_а [g(h_ГР + t₀)l _а – 2с ].

Равнодействующая активного давления грунта (для упрощения расчета и в запас несущей способности шпунтовой стенки в курсовых проектах допускается рассматривать эпюру треугольной, высотой h_ГР + t₀)

 

Е_а = 0,5 е_а (h_ГР + t₀).

 

2. Равнодействующая гидростатического давления воды

 

Е_в = 0,5g _в h ;

б) удерживающие:

отпор грунта (пассивное давление)

 

е_п = п_п (g t₀ l _п + 2с ), Е_п = 0,5 е_п t₀.

 

Для определения глубины забивки шпунта t₀, используя равенство моментов (3.1) относительно точки «О» (рис. 6.3), получим:

 

k_н { Е_а + Е_в [(h_ГР + t₀) + ]} = m Е_{п .}

 

· Определив глубину забивки шпунта t по первой и второй схеме, принимают большую глубину забивки.

· Действующий при определении наибольшей глубины забивки шпунта опрокидывающий момент М_оп = М_тах используют при проверке прочности шпунта.

Прочность материала шпунта проверяют по условию:

 

М_тах ≤ т R W, (6.11)

где М_тах – момент от расчетных нагрузок, действующий в шпунтовой стенке шириной 1,0 м, кН×м (тс×м); R – расчетное сопротивление материала шпунта при изгибе, МПа (кгс/см²); допускается принимать для стали СТЗ; т = 0,8 – коэффициент условий работы; W – момент сопротивления 1,0 м шпунтовой стенки для шпунтарассматриваемого типа, см³ (прил. 4).

В случае недостаточной прочности шпунтовой стенки по материалу применяют более мощный шпунт или увеличивают глубину погружения его в грунт с тем, чтобы за счет повышенной жесткости заделки нижней части стенки снизить изгибающий момент в шпунтовой стенке. Снижение изгибающего момента может быть достигнуто также устройством тампонажной бетонной подушки, укладываемой подводным способом, и устройством распорного крепления шпунта (подразд. 6.5).

 

6.4. Расчет шпунтовых ограждений без распорных креплений
(с устройством водозащитной бетонной подушки)

Расчет ограждения в водопроницаемых грунтах с устройством водозащитной подушки на стадии работы шпунтовой стенки до бетонирования подушки выполняют в соответствии с подразд. 6.3 (рис. 6.3, а), используя выражения (6.9) и (6.10), а расчет шпунтовой стенки на стадии ее работы после бетонирования подушки производят согласно расчетной схеме, приведенной на рис. 6.4. По результатам указанных двух расчетов принимают большую глубину погружения шпунта.

На стадии работы шпунтовой стенки до бетонирования тампонажной подушки (без водоотлива из котлована) по рис. 6.3, а гидростатическое давление воды не учитывается и для определения дополнительной глубины D t (6.9) выражение (6.10) приобретает вид

 

= Е_П – Е_а.

 

Условие (3.1) устойчивости шпунтовой стенки (равенство опрокидывающего и удерживающего моментов), из которого определяют глубину t₀ забивки шпунта ниже дна котлована, запишется так

 

k_н Е_а = m Е_{п .}

 

 

Рис. 6.4. Расчетная схема шпунтовых ограждений, не имеющих распорных креплений, в водопроницаемых грунтах с водозащитной подушкой

 

В соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 6.4:

e_в = g _в (h_в + h₁); Е_в = 0,5g _в (h_в + h₁)² – гидростатическое давление воды;

е_а = п_а g _взв h₁ l _а; Е_а = п_а 0,5g _взв h₁² l _а – активное давление грунта;

е_п = п_п g _взв (h_гр + t)l _п; Е_п = п_п 0,5g _взв (h_гр + t) t l _п – пассивноедавление грунта; ץ_взв – объемный вес грунта во взвешенном в воде состоянии;

п_а = 1,2; п_п = 0,8 – коэффициенты перегрузки (надежности по нагрузке) (табл. 4.13) активного и пассивного давления грунта.

На стадии работы шпунтовой стенки после бетонирования тампонажной подушки глубину t погружения шпунтовой стенки ниже дна котлована определяют из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси, расположенной на 0,5 м ниже верха водозащитной подушки (точка «о» на рис. 6.4). При этом в формуле (3.1) принимают М_сп равным моментуактивного давления взвешенного в воде грунта и гидростатического давления, действующих на стенку выше оси ее поворота, относительно этой оси, а М_уд – момент пассивного давления взвешенного в воде грунта, действующего на стенку ниже оси ее поворота, относительно этой оси.

Условие устойчивости стенки (3.1) k_н М_оп = т М_уд запишется так

 

k_н [ Е_в + Е_а ] = m Е_n (t + 0,5),

где k_н = 1,0и m = 0,95 – коэффициенты надежности и условий работы.

Для определения глубины t решают указанное уравнение методом последовательных попыток – задаются глубиной t, а затем ее уточняют.

Для подбора сечения шпунта величину наибольшего изгибающего момента следует определить в точке «О» – М_мах = М_оп.

Прочность материала шпунта проверяют в соответствии с рекомендациями подразд. 6.3 по условию (6.11).

В случае недостаточной прочности шпунтовой стенки по материалу применяют более мощный шпунт или применяют распорное крепление с тем, чтобы перераспределить и снизить изгибающие моменты в шпунтовой стенке.

6.5. Расчет шпунтовых ограждений с одним ярусом распорных
креплений (без водозащитной подушки)

Расчет шпунтового ограждения с распорными креплениями без тампонажной подушки заключается в определении глубины погружения шпунта ниже дна котлована, назначении типа шпунта по требуемому моменту сопротивления шпунтовой стенки и в назначении, и расчете крепления шпунта (обвязки и распорок).

В несвязных водопроницаемых грунтах (пески и супеси) шпунтовую стенку рассчитывают по схеме однопролетной балки, верхней опорой которой является ярус креплений, а нижней – грунт в предположении свободного на него опирания (рис. 6.5). Нижний конец балки несколько смещается относительно начального положения на величину, необходимую для реализации отпора. В результате такого расчета глубина погружения шпунта получается минимальной, но с большим значением изгибающего момента в стенке. Уменьшение изгибающего момента достигается путем погружения шпунта на большую глубину для защемления нижней его части в грунте.

 

а б

 

Рис. 6.5. Схемы расчета шпунтовых ограждений с одним ярусом распорных креплений: а – для определения минимальной глубины забивки шпунта; б – для определения изгибающих моментов в его поперечных сечениях

 

· Минимальную глубину t погружения стенки ниже дна котлована определяют из условия обеспечения ее устойчивости против поворота вокруг оси опирания стенки на крепление (точки «О» на рис. 6.5). В соответствии с этим равенство (3.1) принимает вид уравнения моментов относительно яруса крепления:

 

k_н S М_оп – т SМ_уд = 0, (6.12)

 

где S М_оп и S М_уд – соответственно суммы моментов опрокидывающих и удерживающих сил относительно яруса крепления; k_н и т – коэффициенты надежности и условий работы (см. табл. 3.1).

В курсовых проектах допускается принимать k_н = 1,0; т = 0,85. Для связных грунтов т = 0,95.

 

(для более точных расчетов и при реальном проектировании k_н принимают по табл. 3.1, а т – от 0,5 до 1,1 по справочной литературе [1] в зависимости от глубины котлована, глубины воды в водотоке и котловане, в зависимости от вида, коэффициента пористости и угла внутреннего трения песчаных грунтов).

 

Действующие на стенку силы (рис. 6.5, а).

а) опрокидывающие:

1) давление воды е_в = g _в Н; = 0,5 g _в H ²; = g _в Ht;

2) активное давление грунта е_а = п_а g _взв (h_гр + t)l _а; Е_а = п_а 0,5 g _взв (h_гр + t) ² l _а.

б) удерживающие:

пассивное давление грунта е_п = п_п g _взв t l _п; Е_п = п_п 0,5g _взв t² l _п..

g _в – объемный вес воды;

g _взв – объемный вес грунта во взвешенном в воде состоянии;

п_а = 1,2; п_п = 0,8 – коэффициенты перегрузки (надежности по нагрузке) (табл. 4.13) активного и пассивного давления грунта;

l _а = tq ²(45° – 0,5 j) – коэффициент горизонтального (активного) давления грунта;

l _п = tq ²(45° + 0,5 j) – коэффициент горизонтального (пассивного) давления грунта.

Уравнение опрокидывающих и удерживающего моментов (6.12) относительно точки «О» запишется так:

 

k_н { Н + (Н + 0,5 t) + Е_а [ (h_гр + t) + h_в ]} – т Е_п ( t + Н) = 0.

Из этого уравнения методом последовательных попыток, задаваясь глубиной t, уточняют ее.

Кроме того, дополнительную глубину Δ t определяют по формуле (6.9) и общую глубину забивки шпунта уточняют согласно подразд. 6.2.

· Для подбора сечения шпунта изгибающие моменты, действующие в поперечных сечениях шпунтовой стенки, определяют по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, одну из которой принимают на уровне оси опирания стенки на распорное крепление (точка «О» на рис. 6.5, б), а другую на глубине 0,5 t от дна котлована. Расчетный пролет l = H = 0,5 t. При этом активное и пассивное давления грунта, а также гидростатическое давление, действующие на стенку ниже глубины 0,5 t, не учитывают.

Величины нагрузок:

1) гидростатическое давление воды е_в = g _в Н;

2) активное давление грунта е_а = п_а g _взв (h_гр + 0,5 t)l _а.

 

Расчетный изгибающий момент в шпунтовой стенке (балка на двух опорах шириной 1,0 м) допускается принимать равным

 

М = М_в + 0,7 5 М_гр, (6.13)

где М_в – изгибающий момент в шпунтовой стенке от гидростатического давления воды, определенный по указанной выше схеме (рис. 6.5, б); М_гр – то же от давления грунта; 0,75 – коэффициент, учитывающий перераспределение давления грунта.

В общем случае (при реальном проектировании) максимальный изгибающий момент в балке на двух опорах от неравномерно распределенной нагрузки определяют методами строительной механики.

Для упрощения определения М_тах в шпунтовой стенке неравномерно распределенную нагрузку, действующую на эту стенку, заменяют соответствующей нагрузкой в виде отдельных сосредоточенных сил N (рис. 6.6, в).

 

а б в г

 

Рис. 6.6. Схема определения изгибающих моментов в шпунтовой стенке: а – суммарная эпюра нагрузок; б – расчетная схема шпунтовой стенки; в – эпюра нагрузок в виде сосредоточенных сил; г – эпюра моментов

 

Для этого площадь суммарной эпюры нагрузок (рис. 6.6, б) разбивают на прямоугольники, суммарная площадь которых равна суммарной площади ранее образующим эпюру фигурам с шагом, одинаковым по высоте шпунтовой стенки (рис. 6.6, в). Равнодействующая каждой из элементарных площадей, на которые разбита площадь эпюры нагрузки, будет проходить через центр тяжести каждого элементарного прямоугольника. Зная ординаты эпюры нагрузки, определяют величины каждой равнодействующей, по которым определяют и строят эпюру моментов (рис. 6.6, г), находят величину М_тах, а также определяют реакцию шпунтовой стенки g₁ в точке постановки верхнего распорного крепления стенки.

Прочность материала шпунта проверяют в соответствии с рекомендациями подразд. 6.3 по условию (6.11).

· В случае недостаточной прочности шпунтовой стенки по материалу применяют более мощный шпунт или конструктивными мероприятиями снижают величины изгибающих моментов в поперечных сечениях стенки. Для этого изменяют положение распорного крепления по высоте, предусматривают второй ярус креплений или увеличивают глубину погружения шпунта в грунт с тем, чтобы за счет повышенной жесткости заделки нижней части стенки перераспределить и снизить изгибающие моменты в шпунтовой стенке. Снижение изгибающих моментов может быть достигнуто также устройством тампонажной бетонной подушки, укладываемой подводным способом.

· В случае устройства водозащитной подушки расчет шпунтовой стенки выполняют в два этапа. Расчет, отражающий стадию работы шпунтовой стенки до бетонирования подушки, выполняют согласно подразд. 6.5 без учета откачки воды из котлована. На стадии работы стенки после бетонирования подушки и полной откачки воды из котлована проверяют прочность стенки и распорного крепления. При этом стенку по-прежнему рассчитывают по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, но расположение нижней опоры принимают на 0,5 м ниже верха бетонной подушки.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: